5G技术核心与增强:从R15到R17

第１章 概述沈嘉 杜忠达 刘文东
1.1 NR相比LTE的增强演进 2
1.2 NR对新技术的取舍 9
1.2.1 NR对新参数集的选择 9
1.2.2 NR对新波形技术的选择 10
1.2.3 NR对新编码方案的选择 11
1.2.4 NR对新多址技术的选择 12
1.3 5G技术、器件和设备成熟度 13
1.4 R16增强技术 15
1.4.1 MIMO增强 15
1.4.2 URLLC增强——物理层 16
1.4.3 URLLC增强——高层 17
1.4.4 UE节能增强 17
1.4.5 两步RACH接入 17
1.4.6 上行频段切换发送 18
1.4.7 移动性增强 18
1.4.8 MR-DC增强 18
1.4.9 NR-V2X 19
1.4.10 NR非授权频谱接入 19
1.5 R17增强技术 20
1.6 小结 25
参考文献 25
第2章 5G系统的业务需求与应用场景田文强
2.1 业务需求与驱动力 27
2.1.1 永恒不变的高速率需求 27
2.1.2 垂直行业带来的新变化 28
2.2 5G系统的应用场景 29
2.2.1 增强型移动宽带通信 30
2.2.2 超高可靠低时延通信 30
2.2.3 大规模机器类通信 31
2.3 5G系统的性能指标 31
2.4 小结 34
参考文献 34
第3章 5G系统架构杨宁 甘露 熊丽辉
3.1 5G系统侧网络架构 35
3.1.1 5G网络架构演进 35
3.1.2 5G网络架构和功能实体 36
3.1.3 5G端到端协议栈 38
3.1.4 支持非3GPP接入5G 39
3.1.5 5G和4G网络互操作 40
3.2 无线侧网络架构 41
3.3 5G安全架构 48
3.4 小结 51
参考文献 52
第4章 带宽分段（BWP）沈嘉 赵楠德
4.1 BWP（带宽分段）的基本概念 53
4.1.1 从多子载波间隔资源分配角度引入
BWP概念的想法 54
4.1.2 从终端能力和省电的角度引入BWP
概念的想法 55
4.1.3 BWP基本概念的形成 57
4.1.4 BWP的应用范围 58
4.1.5 BWP是否包含SS/PBCH Block？ 59
4.1.6 同时激活的BWP数量 60
4.1.7 BWP与载波聚合的关系 61
4.2 BWP的配置方法 63
4.2.1 Common RB的引入 63
4.2.2 Common RB的颗粒度 64
4.2.3 参考点Point A 65
4.2.4 Common RB的起点RB 0 69
4.2.5 载波起点的指示方法 70
4.2.6 BWP指示方法 70
4.2.7 BWP的基本配置方法小结 71
4.2.8 BWP配置的数量 72
4.2.9 TDD系统的BWP配置 73
4.3 BWP切换 75
4.3.1 动态切换 vs 半静态切换 75
4.3.2 基于DCI的BWP激活方式的引入 75
4.3.3 触发BWP Switching的DCI
设计—DCI格式 76 4.3.4 触发BWP Switching的DCI
设计—显性触发和隐性触发 78
4.3.5 触发BWP Switching的DCI
设计—BWP指示符 80
4.3.6 基于Timer的BWP回落的引入 82
4.3.7 是否重用DRX Timer实现BWP
回落？ 85
4.3.8 BWP Inactivity Timer的设计 87
4.3.9 Timer-based上行BWP切换 90
4.3.10 基于Time Pattern的BWP
切换的取舍 91
4.3.11 BWP的自动切换 93
4.3.12 BWP切换时延 95
4.4 初始接入过程中的BWP 97
4.4.1 下行初始BWP的引入 97
4.4.2 上行初始BWP的引入 100
4.4.3 下行初始BWP的配置 102
4.4.4 下行初始BWP与下行缺省
BWP的关系 105
4.4.5 载波聚合中的初始BWP 106
4.5 BWP对其他物理层设计的影响 107
4.5.1 BWP切换时延的影响 107
4.5.2 BWP-dedicated与BWP-common
参数配置 108
4.6 小结 109
参考文献 109
第5章 5G灵活调度设计林亚男 沈嘉 赵振山 梁彬
5.1 灵活调度的基本思想 112
5.1.1 LTE系统调度设计的限制 112
5.1.2 引入频域灵活调度的考虑 113
5.1.3 引入时域灵活调度的考虑 115
5.2 5G NR的资源分配设计 118
5.2.1 频域资源分配类型的优化 118
5.2.2 频域资源分配颗粒度 121
5.2.3 BWP切换过程中的频域资源
指示问题 123
5.2.4 BWP内的跳频资源确定问题 126
5.2.5 信道“起点 长度”调度方法的
提出 130
5.2.6 起始符号指示参考点的确定 131
5.2.7 指示K0与K2的参考子载波
间隔问题 133
5.2.8 Type A与Type B映射类型 134
5.2.9 时域资源分配信令设计 136
5.2.10 多时隙符号级调度 140
5.3 码块组（CBG）传输 143
5.3.1 CBG传输方式的引入 143
5.3.2 CBG的划分 144
5.3.3 重传CBG确定方法 145
5.3.4 DCI中CBG相关信息域 146
5.3.5 基于CBG的反馈设计 146
5.4 NR下行控制信道（PDCCH）设计 148
5.4.1 NR PDCCH的设计考虑 148
5.4.2 控制资源集（CORESET） 151
5.4.3 搜索空间集（Search Space Set） 157
5.4.4 下行控制信息（DCI）设计的改进 160
5.5 上行控制信道（PUCCH）设计 165
5.5.1 长、短PUCCH格式的引入 165
5.5.2 短PUCCH结构设计 166
5.5.3 长PUCCH结构设计 168
5.5.4 PUCCH资源分配 170
5.5.5 PUCCH与其他上行信道冲突解决 172
5.6 灵活TDD 174
5.6.1 灵活时隙概念 174
5.6.2 半静态上下行配置 176
5.6.3 动态上下行指示（SFI） 178
5.7 PDSCH速率匹配（Rate Matching） 179
5.7.1 引入速率匹配的考虑 179
5.7.2 速率匹配设计 181
5.8 灵活跨载波调度 184
5.8.1 灵活跨载波调度关系 185
5.8.2 灵活跨载波调度的PDCCH
配置与检测 185
5.9 小结 188
参考文献 188
第6章 NR初始接入徐伟杰 贺传峰 田文强 胡荣贻
6.1 小区搜索 191
6.1.1 同步栅格与信道栅格 192
6.1.2 SSB的设计 196
6.1.3 SSB的传输特征 199
6.1.4 SSB的实际传输位置及其指示 202
6.1.5 小区搜索过程 204
6.2 初始接入相关的公共控制信道 207
6.2.1 SSB与CORESET#0的复用图样 208
6.2.2 CORESET#0介绍 209
6.2.3 Type0-PDCCH Search space 212
6.3 NR随机接入 214
6.3.1 NR PRACH信道的设计 214
6.3.2 NR PRACH资源的配置 218
6.3.3 SSB与PRACH Occasion的映射 220
6.3.4 RACH过程的功率控制 221
6.4 RRM测量 223
6.4.1 RRM测量参考信号 223
6.4.2 NR测量间隔 225
6.4.3 NR的同频测量与异频测量 230
6.4.4 RRM测量带来的调度限制 235
6.5 RLM测量 236
6.5.1 RLM参考信号 236
6.5.2 RLM过程 237
6.6 小结 237
参考文献 237
第7章 信道编码陈文洪 黄莹沛 崔胜江
7.1 NR信道编码方案概述 239
7.1.1 信道编码方案介绍 239
7.1.2 数据信道的信道编码方案 241
7.1.3 控制信道的信道编码方案 243
7.1.4 其他信息的信道编码方案 244
7.2 Polar码 245
7.2.1 Polar码的基本原理 245
7.2.2 序列设计 247
7.2.3 级联码 248
7.2.4 码长和码率 248
7.2.5 速率匹配与交织 249
7.3 LDPC码 250
7.3.1 LDPC码的基本原理 250
7.3.2 奇偶校验矩阵设计 252
7.3.3 置换矩阵设计 254
7.3.4 基础图设计 254
7.3.5 提升值设计 257
7.3.6 分割与CRC校验 258
7.3.7 速率匹配与HARQ 261
7.4 小结 266
参考文献 266
第8章 多天线增强和波束管理史志华 陈文洪 黄莹沛 方昀 尤心 曹建飞 郭力
8.1 NR MIMO反馈增强 272
8.1.1 NR的CSI反馈增强 273
8.1.2 R15 Type I码本 276
8.1.3 R15 Type II码本 277
8.2 eType II码本增强 282
8.2.1 eType II码本概述 283
8.2.2 频域矩阵设计 284
8.2.3 系数矩阵设计 286
8.2.4 Rank=2码本设计 288
8.2.5 高Rank码本设计 289
8.2.6 eType II码本表达式 290
8.2.7 eType II端口选择码本 291
8.3 波束管理 292
8.3.1 模拟波束赋形概述 293
8.3.2 下行波束管理基本流程 294
8.3.3 下行波束测量与上报 296
8.3.4 下行波束指示 301
8.3.5 上行波束管理基本流程 303
8.3.6 上行波束测量 304
8.3.7 上行波束指示 305
8.3.8 统一TCI 框架 306
8.4 主小区波束失败恢复 309
8.4.1 基本流程 310
8.4.2 波束失败检测 310
8.4.3 新波束选择 312
8.4.4 波束失败恢复请求 313
8.4.5 网络侧响应 314
8.5 辅小区波束失败恢复 314
8.5.1 波束失败检测 315
8.5.2 新波束选择 316
8.5.3 波束恢复请求 316
8.5.4 网络侧响应 318
8.6 多TRP协作传输 319
8.6.1 基本原理 319
8.6.2 基于单DCI的PDSCH NC-JT传输 320
8.6.3 基于多DCI的多TRP PDSCH传输 322
8.6.4 基于多TRP的PDSCH重复传输 327
8.6.5 基于多TRP的PDCCH重复传输 330
8.6.6 基于多TRP的PUCCH重复传输 338
8.6.7 基于多TRP的PUSCH重复传输 340
8.6.8 基于多TRP的SFN传输 345
8.6.9 基于多TRP的BFR过程 348
8.7 小结 350
参考文献 350
第9章 5G射频设计邢金强 张治 刘启飞 郭志瑜 童鑫
9.1 新频谱及新频段 356
9.1.1 ITU与频谱研究 356
9.1.2 频谱划分 361
9.1.3 频段组合 362
9.2 FR1射频技术 365
9.2.1 高功率终端 365
9.2.2 接收机灵敏度 369
9.2.3 互干扰 370
9.2.4 R16/R17 CA增强 371
9.2.5 R16/R17上行切换发射 375
9.2.6 R16 MIMO增强 376
9.3 FR2射频及天线技术 377
9.3.1 射频天线架构 377
9.3.2 功率等级 377
9.3.3 接收机灵敏度 382
9.3.4 波束对应性 384
9.3.5 MPE 385
9.3.6 R16/R17 CA增强 387
9.3.7 R17人体检测窗口 388
9.4 NR测试技术 389
9.4.1 SA FR1射频测试 390
9.4.2 SA FR2射频测试 391
9.4.3 EN-DC射频测试 395
9.4.4 FR1 SISO OTA测试 396
9.4.5 MIMO OTA测试 396
9.5 NR射频实现与挑战 400
9.5.1 NR射频前端 400
9.5.2 干扰与共存 402
9.5.3 SRS 射频前端设计 403
9.5.4 其他NR挑战 404
9.6 小结 405
参考文献 405
第10章 用户面协议设计 石聪 尤心 林雪
10.1 用户面协议概述 407
10.2 SDAP层 409
10.3 PDCP层 410
10.4 RLC层 413
10.5 MAC层 414
10.6 小结 420
参考文献 420
第11章 控制面协议设计 杜忠达 王淑坤 李海涛 尤心 时咏晟
11.1 系统消息广播 421
11.1.1 系统消息内容 421
11.1.2 系统消息的广播和更新 423
11.1.3 系统消息的获取和有效性 424
11.2 寻呼 426
11.3 RRC连接控制 429
11.3.1 接入控制 429
11.3.2 RRC连接控制 430
11.4 RRM测量和移动性管理 436
11.4.1 RRM测量 436
11.4.2 移动性管理 439
11.5 小结 446
参考文献 446
第12章 网络切片 杨皓睿 许阳 付喆
12.1 网络切片的基本概念 447
12.1.1 引入网络切片的背景 447
12.1.2 如何标识网络切片 448
12.2 网络切片的业务支持 449
12.2.1 网络切片的注册 449
12.2.2 网络切片的业务通路 451
12.3 网络切片拥塞控制 454
12.4 漫游场景下的切片使用 455
12.5 网络切片的准入控制 455
12.5.1 *大UE数量控制 455
12.5.2 *大会话数量控制 455
12.5.3 与EPS的互操作 456
12.6 网络切片的同时注册限制 456
12.7 RAN侧网络切片增强 456
12.7.1 基于切片的小区重选 457
12.7.2 基于切片的随机接入 458
12.8 小结 458
参考文献 458
第13章 QoS控制 郭雅莉 郭伯仁
13.1 5G QoS模型的确定 460
13.2 端到端的QoS控制 462
13.2.1 端到端的QoS控制思路介绍 462
13.2.2 PCC规则的确定 464
13.2.3 QoS流的产生和配置 465
13.2.4 UE侧使用的QoS规则 466
13.3 QoS参数 466
13.3.1 5QI及对应的QoS特征 466
13.3.2 ARP 469
13.3.3 码率控制参数 469
13.4 反向映射QoS 470
13.4.1 为什么引入反向映射QoS 470
13.4.2 反向映射QoS的控制机制 471
13.5 QoS通知控制 472
13.5.1 QoS通知控制介绍 472
13.5.2 候选QoS配置的引入 473
13.6 QoS监控 473
13.6.1 QoS监控介绍 473
13.6.2 每个UE的每个QoS流级别的
　 QoS监控 474
13.6.3 GTP-U路径级别的QoS监控 475
13.7 QoS统计与预测 476
13.7.1 QoS 统计与预测介绍 476
13.7.2 QoS 持续性分析 476
13.8 小结 477
参考文献 477
第14章 5G语音 许阳 陈景然
14.1 IMS介绍 479
14.1.1 IMS注册 479
14.1.2 IMS呼叫建立 481
14.1.3 异常场景处理 482
14.2 5G语音方案及使用场景 483
14.2.1 VoNR 484
14.2.2 EPS Fallback/RAT Fallback 486
14.2.3 Fast Return（快速返回） 488
14.2.4 语音业务连续性 488
14.3 紧急呼叫 489
14.3.1 紧急呼叫和普通呼叫的区别 489
14.3.2 卫星场景下对紧急呼叫的支持 489
14.4 小结 490
参考文献 490
第15章 超高可靠低时延通信（URLLC）徐婧 林亚男 梁彬 张文峰 张轶 沈嘉
15.1 下行控制信道增强 491
15.1.1 压缩的控制信道格式引入背景 491
15.1.2 压缩的控制信道格式方案 492
15.1.3 基于监测范围的PDCCH监测
　 能力定义 494
15.1.4 多种PDCCH监测能力共存 495
15.1.5 PDCCH丢弃规则增强 496
15.1.6 多载波下PDCCH监测能力 497
15.2 上行控制信息增强 498
15.2.1 多次HARQ-ACK反馈
　 与子时隙（sub-slot）PUCCH 498
15.2.2 多HARQ-ACK码本 504
15.2.3 优先级指示 505
15.2.4 用户内上行多信道冲突 506
15.3 终端处理能力 508
15.3.1 处理时间引入背景与定义 508
15.3.2 处理时间的确定 508
15.3.3 处理时间约束 510
15.3.4 处理乱序 511
15.4 数据传输技术 513
15.4.1 CQI和MCS 513
15.4.2 上行传输增强 514
15.4.3 上行传输增强的时域资源确定
　 方式 516
15.4.4 上行传输增强的频域资源确定
　 方式 518
15.4.5 上行传输增强的控制信息复用
　 机制 518
15.5 免调度传输技术 520
15.5.1 灵活传输起点 520
15.5.2 资源配置机制 522
15.5.3 多套免调度传输 524
15.5.4 容量提升技术 525
15.6 半持续传输技术 528
15.6.1 半持续传输增强 528
15.6.2 HARQ-ACK反馈增强 528
15.7 用户间传输冲突 530
15.7.1 冲突解决方案 530
15.7.2 抢占信令设计 532
15.7.3 抢占资源指示 533
15.7.4 上行功率控制 535
15.8 R17增强技术 536
15.8.1 SPS ACK/NACK增强 536
15.8.2 ACK/NACK重传 537
15.8.3 PUCCH小区切换 542
15.8.4 不同优先级上行信道冲突解决
　 机制 545
15.8.5 不同优先级UCI复用传输 548
15.8.6 用于时钟同步的传播时延补偿 550
15.9 小结 553
参考文献 554
第16章 超高可靠低时延通信（URLLC）—高层协议付喆 刘洋 卢前溪
16.1 工业以太网时间同步 556
16.2 用户内上行资源优先级处理 558
16.2.1 数据和数据之间的冲突 558
16.2.2 数据和调度请求之间的冲突 561
16.3 周期性数据包相关的调度增强 561
16.3.1 支持更短的半静态调度周期 562
16.3.2 配置多组激活的半静态调度资源 563
16.3.3 半静态调度资源时域位置计算
　 公式增强 564
16.3.4 重新定义混合自动重传请求 ID 565
16.4 PDCP数据包复制传输增强 565
16.4.1 R15 NR 数据包复制传输 565
16.4.2 基于网络设备指令的复制
　 传输增强 567
16.4.3 基于终端自主的复制传输
　 增强构想 569
16.5 以太网包头压缩 569
16.6 R17增强技术 571
16.6.1 时间同步机制增强 571
16.6.2 URLLC在非授权频谱的增强 573
16.6.3 R17存活时间支持机制 573
16.7 小结 574
参考文献 574
第17章 非地面网络（NTN）通信李海涛 林浩 胡奕 赵楠德 吴作敏 于新磊
17.1 概述 575
17.2 上行同步增强 576
17.2.1 RACH设计 577
17.2.2 连接态上行同步维护 582
17.3 时序关系增强 583
17.3.1 调度时序增强 583
17.3.2 MAC CE激活时间 590
17.3.3 Koffset调整/更新 591
17.3.4 TA上报 594
17.4 HARQ与传输性能增强 596
17.4.1 HARQ进程数量增加 598
17.4.2 下行HARQ进程去使能 600
17.4.3 传输性能增强 607
17.5 用户面增强 608
17.5.1 MAC增强 608
17.5.2 RLC PDCP增强 615
17.6 控制面增强 615
17.6.1 空闲态/非激活态增强 616
17.6.2 连接态移动性 619
17.7 小结 621
参考文献 621
第18章 5G非授权频谱通信 林浩 吴作敏 贺传峰 石聪
18.1 概述 622
18.2 信道监听 622
18.2.1 信道监听概述 623
18.2.2 动态信道监听 626
18.2.3 半静态信道监听 631
18.2.4 持续上行LBT检测及恢复机制 633
18.3 初始接入 635
18.3.1 SS/PBCH Block （同步信号广播
　 信道块）传输 635
18.3.2 主信息块（MIB） 639
18.3.3 RMSI监听 641
18.3.4 随机接入 644
18.4 资源块集合概念和控制信道 645
18.4.1 NR-U系统中宽带传输增强 646
18.4.2 下行控制信道和侦测增强 649
18.4.3 上行控制信道增强 656
18.5 HARQ与调度 661
18.5.1 HARQ机制 661
18.5.2 HARQ-ACK码本 665
18.5.3 连续PUSCH调度 673
18.6 NR-U系统中免调度授权上行 673
18.6.1 免调度授权传输资源配置 674
18.6.2 CG-UCI和CG连续重复传输 676
18.6.3 下行反馈信道CG-DFI设计 678
18.6.4 CG重传计时器 679
18.7 小结 680
参考文献 680
第19章 NR定位技术 史志华 郭力 尤心 刘洋 张晋瑜 刘哲
19.1 概述 683
19.1.1 3G/4G定位技术 683
19.1.2 NR定位需求和技术 684
19.2 NR定位架构和流程 685
19.2.1 5G定位网络架构 685
19.2.2 信令协议和流程 686
19.3 NR定位方法 688
19.3.1 E-CID定位方法 689
19.3.2 DL-TDOA定位方法 692
19.3.3 UL-TDOA定位方法 699
19.3.4 Multi-RTT定位方法 703
19.3.5 DL-AoD定位方法 707
19.3.6 UL-AoA定位方法 709
19.4 NR下行定位参考信号
（DL Positioning RS， DL PRS） 710
19.4.1 NR下行定位参考信号的设计考虑 710
19.4.2 DL PRS信号序列 711
19.4.3 DL PRS资源映射 711
19.4.4 DL PRS配置与传输 714
19.4.5 R17 DL PRS传输与测量的增强 720
19.4.6 On-demand PRS 720
19.5 NR定位SRS信号
（SRS for Positioning） 721
19.5.1 上行定位参考信号的设计考虑 721
19.5.2 定位SRS信号序列和资源映射 722
19.5.3 定位SRS信号的配置与传输 724
19.6 Positoning in RRC_INACTIVE 726
19.7 UE测量与UE能力 727
19.7.1 UE侧的定位测量 727
19.7.2 定位测量相关的能力 728
19.8 定位时延（Latency）缩短 730
19.8.1 终端定位能力存储 731
19.8.2 为终端预配置的定位辅助信息
　 持续有效 731
19.8.3 加快LPP ProvideLocationInformation的
　 反馈 732
19.8.4 预定时间的定位测量和上报 732
19.9 定位完好性（Integrity） 732
19.9.1 定位完好性的概念 732
19.9.2 完好性操作原则 735
19.9.3 定位完好性在5G RAT-independent
　 定位中的应用 736
19.9.4 5G用于支持定位完好性的
　 信令和流程 738
19.10 小结 740
参考文献 740
第20章 5G多播广播业务 马腾 王淑坤 卢飞
20.1 MBS网络架构 741
20.2 MBS session管理 743
20.2.1 MBS会话标识 743
20.2.2 多播或者广播会话用户面管理 744
20.2.3 加入或者退出多播MBS会话 745
20.2.4 多播MBS会话的激活和去激活
　 管理 746
20.3 MBS多播业务接收 746
20.3.1 多播配置 746
20.3.2 多播业务的非连续接收 748
20.3.3 多播移动性和业务连续性 748
20.4 MBS广播业务接收 749
20.4.1 广播业务配置和更新 749
20.4.2 广播业务调度和接收 751
20.4.3 多播业务连续性 751
20.5 MBS连接态UE的组调度 752
20.5.1 概述 752
20.5.2 MBS组调度发送模式 752
20.5.3 公共MBS频率资源的设计 754
20.5.4 组公共下行控制信道 759
20.5.5 基于HARQ-ACK的重传机制 762
20.5.6 半持续调度PDSCH 762
20.5.7 MBS和单播业务同时接收 764
20.6 MBS连接态UE的可靠性增强 765
20.6.1 HARQ-ACK反馈 765
20.6.2 上行反馈码本设计 767
20.6.3 其他可靠性增强方案 768
20.7 非连接态UE的基本功能 769
20.7.1 公共MBS频率资源的设计 769
20.7.2 下行控制信道 771
20.7.3 多小区接收MBS 772
20.8 小结 772
参考文献 772
第21章 5G多卡通信 范江胜 许阳 杨皓睿
21.1 概述 774
21.2 寻呼冲突解决 774
21.3 接入层多卡网络转换 776
21.4 寻呼原因值 781
21.5 非接入层功能 782
21.6 小结 784
参考文献 784
第22章 5G小数据传输 林雪 尤心
22.1 概述 785
22.2 小数据传输流程 785
22.3 RA-SDT 786
22.4 CG-SDT 787
22.5 小结 788
参考文献 788
第23章 R17与B5G/6G展望 杜忠达 沈嘉 肖寒
23.1 R18简介 789
23.2 B5G/6G展望 792
23.3 小结 804
参考文献 804
缩略语 806